特許 6934690 圧力センサ付きマーキングヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6934690

(24)【登録日】2021年8月26日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】圧力センサ付きマーキングヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41K 3/36 20060101AFI20210906BHJP

   B21C 51/00 20060101ALI20210906BHJP

【ＦＩ】

   B41K3/36 D

   B21C51/00 B

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2020-547290(P2020-547290)

(86)(22)【出願日】2018年11月21日

(65)【公表番号】特表2021-504204(P2021-504204A)

(43)【公表日】2021年2月15日

(86)【国際出願番号】EP2018082084

(87)【国際公開番号】WO2019105828

(87)【国際公開日】20190606

【審査請求日】2020年7月22日

(31)【優先権主張番号】102017128475.3

(32)【優先日】2017年11月30日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】520177286

【氏名又は名称】ラッツンデ アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＲＡＴＴＵＮＤＥ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】ラッツンデ，ウルリッヒ

【審査官】 小宮山 文男

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１８３２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２８５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８９３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９７７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７２８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１１９４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１７７１２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２５５３０６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｋ ３／３６

Ｂ２１Ｃ ５１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マーキング（８）を検証するための方法において、
圧縮空気が、マーキングヘッド（１）の針ヘッドハウジング（７）内で振動する針ピストン（２）に連続的に供給され、針ピストン（２）は、一端に、表面（４）にマーキング（８）を挿入する針（３）を有し、
振動中に圧縮空気供給源（１０）の圧力変動が形成され、
圧縮空気供給源（１０）の空気圧力が継続的に測定され、
圧力プロファイルが作成され、評価ユニット（１２）に格納されている参照圧力プロファイルと比較されて評価されることを特徴とする方法。

【請求項2】

自由に振動する針（３）の圧力推移が測定され、自由参照圧力プロファイルとして評価ユニット（１２）に格納されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

マーキングを作成する針の圧力推移が測定され、マーキング参照圧力プロファイルとして評価ユニット（１２）に保存されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

自由参照圧力プロファイルの周波数が決定され、圧力プロファイルの周波数が継続的に測定され、そして周波数が相互に比較され、圧力プロファイルの周波数が、自由圧力プロファイルの周波数以上である場合、エラーメッセージが生成されることを特徴とする、請求項１、２または３に記載の方法。

【請求項5】

マーキング参照圧力プロファイルが圧力プロファイルと比較され、偏差がある場合には、エラーメッセージが生成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

針ピストン（２）はＺ方向に前後に振動し、針（３）は振動によって表面（４）にマーキング（８）を刻み、針ピストン（２）は圧縮空気によって表面（４）に押し付けられ、ばね力によって押し戻され、圧縮空気は、振動中に針ピストン（２）周りを、出口を通ってマーキングヘッド（１）の針ピストンハウジング（７）から出て流れ、最大の後退位置で、ストップシール（９）によって圧縮空気が針ピストン（２）を通り抜けることが防止されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前文に記載の方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ワークピースをマーキングするために、さまざまな材料変位マーキングシステムが知られている。

【0003】

特に、振動する先のとがった硬い針であって、少なくとも２つの座標で移動可能であり、英数字の文字と、ＱＲコードや会社のロゴなどの自由な符号を表面にマーキングする針でマーキングが実行されるマーキングシステムが知られている。原理は、ドットマトリックスプリンターの原理に似ているが、先の尖った振動針が多数のドットを並べて材料表面に押し込み、マーキングが表示されるようになる。

【0004】

欠点は、干渉プロセスのためにマーキングが実際に行われない場合である。マーキングポイントのＸＹ座標の軌跡は監視できるが、これはマーキングが実際に行われたことを保証するものではない。

【0005】

１０ ２００６ ０５６ ３８８ Ｂ３には、制御装置によって事前に設定されたマーキング経路に沿ってアクチュエーターによってガイド可能である、マーキングツールでワークピースをマーキングするための装置であって、少なくとも第１プロセスパラメータおよび第２プロセスパラメータを含み、対応する第１テスト信号および第２テスト信号を生成するマーキングテスト装置が配設されているマーキングするための装置が開示されている。

【0006】

このシステムは、不利なことに複雑であり、故障しがちである。

【0007】

したがって、本発明の目的は、マーキングヘッドによるマーキングの簡単な検証を可能にする方法を提供することである。

【発明の概要】

【0008】

この目的は、請求項１の特徴を備えたマーキングを検証するための冒頭で述べた方法によって達成される。

【0009】

本発明に従った方法では、圧縮空気は、マーキングヘッドの針ヘッドハウジング内で振動するピストンに、好ましくは針ピストンに連続的に供給される。振動する針ピストンの一端に、表面にマーキングを挿入する針を有する。

【0010】

振動中に圧縮空気供給源の圧力変動が発生する。圧縮空気供給源の圧力は継続的に測定される。圧力の圧力プロファイルが作成され、評価ユニットに格納されている参照圧力プロファイルと比較されて評価される。

【0011】

有利なことに、このようにして、故障の影響を受けにくく、既知のマーキングヘッドと比べると小さな設計変更だけでよい方法が提供される。圧力センサが設けられ、これは、圧縮空気供給源に予め配設される。圧力センサによって測定された圧力値が記録され、評価される。圧力センサは非常に高速であり、約１０ｋＨｚまでの、またはそれ以上の圧力変動周波数を受容可能である必要がある。

【0012】

圧力測定値は、経時的にプロットされていくか、保存されて評価される。

【0013】

この目的のために、好ましくは、第一に、自由に振動する針の圧力推移が測定され、自由参照圧力プロファイルとして評価ユニットに格納される。自由参照圧力プロファイルは、針がマーキングのために表面にたったの一度も侵入することなく針が自由に振れるときの圧力の変化を経時的に示している。自由参照圧力プロファイルの周波数は、時間の経過を通じて基本的に同じままで、理想的には一定である。

【0014】

さらに、または代わりに、マーキングを作成する針の圧力推移を測定し、マーキング参照圧力プロファイルとして評価ユニットに保存することができる。ここで、マーキングを作成する針とは、それぞれの振動において、針が表面に侵入し、完全なマーキングを作成し、または少なくともほぼ完全なマーキングを作成し、少なくとも振動のそれぞれの９０パーセントを超えて、好ましくは９５％を超えて、表面に侵入することを意味する。マーキング参照圧力プロファイルは評価ユニットに保存される。

【0015】

実際の圧力プロファイルは、マーキングプロセス中に常に測定される。ここで常に測定されるとは、非常に多くの圧力測定値が決定されるので、少なくとも補間などによって連続的な圧力推移を決定可能であることを意味する。

【0016】

圧力は、圧力センサで測定され、評価ユニットにも送られる。評価ユニットにおいて、それらから決定された圧力プロファイルまたは圧力推移、自由参照圧力プロファイルおよび／またはマーキング参照圧力プロファイルと比較することが可能である。

【0017】

有利なことに、自由参照圧力プロファイルの周波数が決定され、圧力プロファイルの周波数が継続的に測定され、そして周波数が相互に比較され、そして、圧力プロファイルの周波数が、自由圧力プロファイルの周波数以上である場合、エラーメッセージが生成される。針が自由に振れるとき、関連する針ピストンのストロークは最大となり、周波数は圧縮空気が同じであれば最大になる。針が表面に侵入する場合、ピストンは最初にストップに当たらず、予め表面に当たるので、ストロークはもちろん小さくなり、周波数が増加する。圧力プロファイルの周波数が、自由圧力プロファイルの周波数以上の場合、エラーメッセージが生成される。特に、２つの圧力プロファイルの周波数が同じである場合、つまり、比較によって、圧力プロファイルが少なくとも周波数に関して自由圧力プロファイルに対応している、すなわち針が自由に振動している、と判断された場合、エラーメッセージが生成される。その時点で、マーキングにエラーがある。

【0018】

評価に関する別の変形例では、マーキング参照圧力プロファイルが圧力プロファイルと比較され、偏差がある場合には、エラーメッセージが生成される。圧力プロファイルの比較は、圧力プロファイルとマーキング参照圧力プロファイルのフーリエ解析が行われて、フーリエ変換の個々の周波数を互いに比較することによって行われる。

【0019】

好ましいことに、圧力プロファイルのフーリエ解析のみも実行でき、特定の周波数の発生により、針がどれだけ摩耗したか、表面の硬度が変化したかどうか、および他のデータに関して結論を出すことが可能である。

【0020】

針は、好ましくは、Ｚ方向に前後に振動し、振動によって表面にマーキングを刻む。片側に針が配設されている針ピストンは、圧縮空気によって表面に押し付けられ、ばね力によって押し戻される。圧縮空気とばね力とが相互作用し、針ピストンの振動運動を生成する。圧縮空気は、振動中に針ピストン周りを長手方向に流れ、その後、出口を通ってマーキングヘッドから出る。針ピストンは、最大後退位置でストップシールのみでシールされているので、針ピストンの周囲に空気は流れ得ない。このとき、圧縮空気は針ピストンに最大圧力を発生させ、針ピストンをＺ方向に表面に向かって押す。針ピストンの加速と慣性とによって、針の先端が、表面に侵入しマーキングを作成する。スプリングは圧縮されており、マーキングが行われた後、針ピストンは、スプリングが緩むことによって最大の後退位置に戻される。

【0021】

本発明を、６つの図において実施例を使用して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明に従ったマーキングヘッドの断面図である。

【図2a】マーキングプロセス中の本発明に従ったマーキングヘッドの断面図である。

【図2b】表面に作られたマーキングを示す

【図2c】時間の関数として圧力センサで測定された圧力推移を示す。

【図3a】針が自由に振動する本発明に従った圧力マーキングヘッドである。

【図3b】圧力センサの圧力推移の経時変化を測定したものである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１のマーキングヘッド１は、針ピストン２を含み、該針ピストン２は、針ピストン２の表面側端部に配設された針３を備え、該針３は、高強度材料、たとえば、超硬合金またはダイヤモンドからなるか、またはそれを含むか、または、少なくとも先端にダイヤモンドを含む。針ピストン２は、ここでは断面がＴ字形状に形成されてなる。針ピストン２は、加工する表面４とは反対側のヘッドに沿って最大の幅を有しているが、針ヘッドハウジング７の内壁６と密に閉じていないので、空気は針ピストン２と針ヘッドハウジング７の内壁６との間を通過できる。空気の流れは、図２ａに矢印で示されている。

【0024】

針３は、表面４内にマーキング８を作成するためのものである。

【0025】

表面４とは反対側の部分では、針ヘッドハウジング７は、針ピストン２に対してストップシール９でシールされている。密封領域は、空気を導くように圧縮空気供給源１０に接続されている。圧縮空気は、圧縮空気供給源１０を介して、針ヘッドハウジング７の、表面４とは反対側を向いた部分に連続的に導入される。圧力センサ１１は、圧縮空気供給源１０の側に配設され、最大１０ｋＨｚの圧力変動周波数を受容することが可能である。圧力センサ１１は、評価ユニット１２と、導電的にかつデータ伝導的に接続されている。評価ユニット１２は、時間ｔにわたって圧力センサ１１によって測定された圧力推移をメモリに記録する。

【0026】

表面側では、スプリング１３が針ピストン２のＴ脚１４の周囲に配設され、圧縮空気に対抗力を発揮し、圧縮空気と協働して針ピストン２を活性化して長手方向Ｌにおいて前後に振動させる。振動は、１０〜５００Ｈｚであるが、針ヘッド２の設計によっては、周波数がより低くなることも、さらに高くなることもある。

【0027】

針４および針ピストン２の、図１に示される完全に後退した位置では、針ピストン２の表面側端部は、ストップシール９で終わる。圧縮空気供給源１０から流れる圧縮空気が、この位置では、針ピストン２に衝撃パルスを加え、針ピストン２は、表面４に向かって加速される。表面に向かう途中の位置を図２ａに示す。針ピストン２は、ストップシールリング９から離れていて、そして圧縮空気は、針ピストン２を横方向に流れ、針ヘッドハウジング７からマーキングヘッド１の表面側部分において、針ヘッドハウジングから周囲環境内に流れる。その結果、針ヘッドハウジング７内部の表面側部分における圧縮空気の圧力が低下する。図１に従った位置では、圧力センサ１１は、完全に後退した状態で最大パルスを受ける。針ピストン２が下降すると、圧力センサ１１により測定される圧力が低下する。

【0028】

針ピストン２の下降中、スプリング１３は圧縮され、圧縮されたスプリング１３は、針ピストン２を再び他の方向に押し、これにより圧力センサ１１の圧力が再び増加する。

【0029】

マーキング８を表面４に入れるために使用される針３の急速に振動する動きが生じる。針３の移動は、長手方向Ｌ（ここではＺ方向に対応する）で行われ、マーキングヘッド１は、制御、たとえばＣＮ制御などによってＸＹ平面内で移動され、針３は、たとえば、ＱＲコードや会社ロゴなどの自由なシンボルを表面４上にマーキングする。図２ｂにおいては、マーキング８は、数字「７８」の形で選択されている。

【0030】

針３がＺ方向に表面４上に下向きに移動する間、針の先端が表面４に当たると、移動は自然に停止し、ばね１３は、直ちに針ピストン２を表面４から離れるように上に高く押し上げる。この位置は、図２ａに示されている。

【0031】

表面４が、マーキングヘッド１に近い位置にあるほど、針ピストン２のストローク移動のストロークが小さくなり、これによって、針３の往復運動の周波数が大きくなる、換言すると、振動周期の時間長さが長くなる。

【0032】

針３が表面４に当たるとき、すなわち運動が突然中断されるとき、圧力センサ１１は、図２ｃにおいて例示的に、実質的に正弦形状で推移する圧力推移曲線の谷に示されているパルスを測定する。

【0033】

図２ｃには、マーキング圧力プロファイルが示されている。圧力プロファイルの谷は、針ヘッドの摩耗、表面の強度、および針先端の表面への侵入の深さについての情報も提供する。ただし、マーキング圧力プロファイルの分析は、圧力プロファイルのフーリエ解析によって行うことができるが、これは示されていない。

【0034】

図３ａおよび図３ｂにおいては、振動する針ピストン２を備えた同じマーキングヘッド１が示されているが、表面４はない。針ピストン２は自由に振動し、図３ｂにおいて、自由参照圧力プロファイルが測定される。自由振動運動の針ピストン２のストロークは、マーキング振動運動の針ピストン２のストロークよりも大きいので、周波数は小さくなる、つまり、自由参照圧力プロファイルの周期の時間長さＴ１は、マーキング圧力プロファイルの周期の時間長さＴ２より大きくなる。

【0035】

さらに、表面４との接触により、圧力プロファイルの谷に曲線が形成され、これもマーキング圧力プロファイルの曲線から逸脱している。

【0036】

圧力センサ１１とそれに接続された評価ユニット１２とによって、針３が、振動または振動中に実際にマーキング８を表面４に入れるかどうか、または針３が、場合によっては、自由に振動するかどうか、もしくは妨害されるかどうか、または類似のものかどうか、すなわち、表面にマーキング８を入れないかどうかを決定する。この目的のために、図３ｂで前もって測定された自由参照圧力プロファイルが、評価ユニット１２のメモリに格納される。

【0037】

図３ｂに従った自由参照圧力プロファイルは、針３が自由に振動し、マーキング８を表面４に入れない場合の、現在の状態におけるマーキングヘッド１の圧力推移に関する情報を提供する。マーキング工程中、図２ａに従えば、圧力は、圧力センサ１１で連続的に測定され、評価ユニット１２に供給される。マーキング圧力プロファイルは、少なくとも短期間保存可能である。マーキング圧力プロファイルは、特に谷間で、自由参照圧力プロファイルとは、常に、継続して異なっている必要がある。たとえば、表面４が針３から離れすぎていることによって、針３が、いくつかの周期、または１つの周期だけ自由に振動する場合でも、図２ｃのマーキング圧力プロファイルは、図３ｂの自由参照圧力プロファイルと同じ形状、または実質的に少なくとも同じ形状をとる。２つの圧力プロファイルを比較することにより、針３が自由に振れ、表面４にマーキング８を入れない期間を正確に決定できる。次に、エラー信号が生成され、マーキング８が終了するか、少なくとも、マーキング方法に欠陥があるという表示が出される。

【0038】

さらに、マーキング参照圧力プロファイルも評価ユニット１２に格納される。この場合の参照圧力プロファイルとは、完全または少なくともほぼ完全なマーキング８が実行されたとき、つまりすべての振動運動が表面４に侵入したときに決定されたものである。マーキングプロセス中に実際に発生するマーキング圧力プロファイルは、好ましくは、自由参照圧力プロファイルとの比較に加えて、マーキング参照圧力プロファイルとも比較される。マーキング圧力プロファイルがマーキング参照圧力プロファイルから逸脱している場合は、マーキングプロセスに異常があることを知らせるために、エラー信号も発出される。次に、マーキング８を自動的に選出可能であるか、または少なくともエラーメッセージを操作要員に送ることが可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ マーキングヘッド
２ 針ピストン
３ 針
４ 表面
６ 内壁
７ 針ヘッドハウジング
８ マーキング
９ ストップシール
１０ 圧縮空気供給源
１１ 圧力センサ
１２ 評価ユニット
１３ フェザー
１４ Ｔ脚
Ｌ 長手方向
ｔ 時間
Ｔ１ 時間長さ
Ｔ２ 時間長さ

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3a】

【図3b】